高速公路高边坡预应力锚索加固施工工艺

2021-06-01

工程技术研究 2021年8期

广东冠粤路桥有限公司，广东广州 511400

1 工程概况

广东省某高速公路K8+480～K8+735左侧高边坡含一级、二级、三级、四级、五级、六级六个级别，具体坡率分别为1∶1、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.5、1∶1.5。根据钻探资料及野外地质调绘成果，边坡主要由第四系坡积粉质黏土和侏罗系粉砂岩及其风化层组成。根据工程地质调绘成果，场地岩层产状为320°∠20°，岩石节理裂隙较发育，发育2组节理，产状分别为220°∠80°和320°∠68°，产状与左侧边坡呈顺向坡，对边坡稳定性较为不利。因此，对边坡进行稳定性分析计算可知，其安全系数为1.143，边坡欠稳定。为了稳定边坡，施工人员采用预应力锚索框架对边坡进行加固处理。

2 高边坡加固方案

拟在第一、三级边坡处设置非预应力的锚杆框架，在第二、四级边坡处设置预应力锚索框梁，锚索框架尺寸为3m×3m，设置6索、4孔预应力锚索，并根据边坡特点布置方案，边坡的上、中、下排锚索总长L=24m，单孔设计吨位为600kN，锚固段长10m。

2.1 边坡框架梁的布置

锚索地梁框架的施工采取浇筑成型的方法，材料为C30混凝土，在竖肋基础上铺设砂浆层（按5cm的厚度标准控制），按规范完成钢筋的加工和安装作业，保证其具有尺寸合理性与结构稳定性，框架嵌入深度为30cm。

2.2 锚索的布置

锚索选用分散压力型锚索，共划分为3个单元。施工所用的钢绞线采用直径φ15.2mm、抗拉强度标准fpk=1860MPa的低松弛、高强度预应力普通钢绞线，配套挤压套、挤压簧等相关装置，用于固定钢绞线，使其稳定在钢质承载体上。

3 锚索施工工艺

3.1 锚孔钻进作业

（1）锚孔位置测量。坡面检查合格后，以设计图纸为准，于坡面测量锚孔位置，孔位误差不得超过±2cm，锚孔偏斜度不应超过5%，否则容易导致成型锚孔的孔位难以满足要求。

（2）钻机就位。根据施工要求，搭建稳定、承载能力高的脚手架，参照前述测量的锚孔孔位，将钻机调整到位，并采取固定措施，确保钻进过程具有足够的稳定性。

（3）钻机选择。采用空压机供风，潜孔钻机无水干钻成孔，禁止水冲成孔；使用钻头直径不得小于设计孔径。

（4）钻进方法。采用无水干钻，此方式可以有效减少施工对现场边坡岩土体的干扰，从而保证孔壁具有足够的稳定性。以锚固地层的地质条件、钻机运行性能为主要参考依据，合理控制钻孔速度，按规范施工，最大限度地减小钻孔的规格偏差。

（5）孔径、孔深控制。严格控制孔径和孔深，钻头直径略超过设计孔径，待钻进至指定深度后，稳钻1～2min，其目的是避免孔底尖灭问题。

（6）锚孔清理。钻孔后用高压空气（0.2～0.4MPa）清理，吹去孔内的岩粉以及附着的水体，保证钻孔可达到相对洁净的状态，使浆液能够与孔壁岩土体稳定黏结，进而发挥出浆液的性能优势。

（7）锚孔检验。钻孔成型且经过全方位的清理后，对孔位、孔深、孔径进行全面的检查。

3.2 编束锚索

（1）下料。详细检查钢绞线，不可存在扭曲、交叉等异常现象，各钢绞线均要具有顺直、均匀、洁净的特点。以设计尺寸为准，合理控制下料量，锚索下料长度=工作长度+设计长度，长度方面的误差应控制在±50mm以下，张拉段的预留长度（工作长度）为1.5m。根据要求精准切割钢绞线，以机械切割的方式为宜，不可用电弧切割。

（2）导向帽的接装。隔离支架成型后，在锚索体的底端设置导向帽，通过该装置的应用，保证下锚的顺畅性。为充分发挥导向帽的作用，要求在加工及拼装中精准控制尺寸，制作误差应在5mm以下，拼装定位误差应在20mm以下。

（3）线环的架设。线环以塑料、钢两类材质较为合适，其在使用过程中不会导致锚筋体受损，不宜采用木质型隔离支架。

（4）塑料套管的配套。塑料套管应兼顾材质、型号及规格，各方面均要满足要求，所用的塑料套管还需要具有足够的强度，以便抵御加工和安装期间的破坏性影响，避免受损。若存在接头，宜在接头处采取捆绑处理措施和密封措施，确保该处具有稳定性和严密性。

（5）注浆管。注浆管采用φ22cmPVC管，注浆管应具有强度高、完整性好、严密性优的特点，精准控制注浆管的安装位置，其头部与锚筋体末端的距离以50～100mm为宜。注浆管长度=锚索计量长度-10cm。

3.3 下锚

提前详细检查锚筋体，如检查是否存在缺陷、是否附着杂物等，若有则需要及时清理干净。各项准备工作均完成后，将锚筋体下至孔内，随后检查质量情况，确保无误则可进入后续施工环节。

3.4 注浆施工

（1）注浆的制备。注浆采用M30水泥砂浆，遵循随拌随用的原则，尽可能缩短浆液拌制成型至注浆期间所耗费的时间，以免因时间过长而影响浆液的质量。

（2）注浆。注浆浆体的强度应略高于设计强度，根据现场施工要求及时生产适量的浆液，采取孔底返浆的方法，以便高效完成锚孔注浆作业。注浆工作人员要密切关注注浆压力，应控制在0.5～1.0MPa，具体需要根据实际情况合理调整，同时观察孔口处是否有返浆现象。若该处返出新鲜的泥浆，则表明锚孔已经注满浆液，可结束注浆施工作业。

3.5 张拉施工

当锚索体浆液凝期达到15（加早强剂）～20d、锚梁混凝土强度大于设计强度80%后，方可进行张拉。

（1）张拉方法。①张拉作业前必须对张拉机具和仪器进行标定、调校。锚具使用OVM15-4型，均采用φ76mm钢套管配套。②锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚索体轴线在一条直线上，不得弯压或偏折锚头，确保承载均匀同轴。③为了使钢绞线受力均匀，在成束张拉之前，锚索体应顺布平直。首先用小千斤顶对钢绞线进行单根分别张拉，确保钢绞线平顺和均匀受力；然后取0.1～0.2倍设计张拉力值对锚索进行1～2次预张拉，确保锚固体各部分接触密贴；最后按设计锁定吨位进行张拉锁定。④锚索张拉分5级进行，即设计张拉力的25%、50%、75%、100%以及120%，除最后一级需要稳定20～30min外，其余每一级需要稳定2～5min，并分别记录各种情况，如锚头位移、锚座变形、油表读数变化等。

（2）锚头封锚。锚索锁定后，做好记号，观察3d，没有异常情况即留长10cm后用手提砂轮机切割多余钢绞线。最后用水泥浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，并按设计要求支模，用C30混凝土封锚处理。

3.6 框架梁施工

（1）施工程序。测量放线→锚梁开挖→支立模板→绑扎钢筋→安装锚索孔口钢套管→安装螺旋筋→安装锚具（钢垫板）→现浇混凝土→混凝土养护。

（2）基础底面处理。基底用2～5cm厚水泥砂浆找平，遇边坡有局部超挖较大悬空处时用浆砌片石嵌补。设计截面尺寸为40cm×40cm，采用C30混凝土浇筑，框架梁入土深度为30cm。

（3）钢筋制安、混凝土浇筑和养护。钢筋的制作、绑扎、下料、弯制、焊接必须按设计或有关技术规范要求施作。①锚索地梁浇筑混凝土前，必须将锚具中的螺旋钢筋、钢套管和锚垫板按设计要求固定在纵梁钢筋上，方向与锚孔方向一致，摆放平整。②锚索框架按设计分片施工，相邻两片框架横梁接触处留2cm宽伸缩缝，用沥青麻筋填塞，填塞深度为10cm。③浇筑混凝土时必须用振动棒振捣密实，尤其是锚孔周围钢筋较密集，应仔细振捣，保证质量。混凝土浇筑完成后，及时用草袋覆盖洒水养生至张拉龄期。